Tiểu luận Ảnh hưởng của hiện tượng fading đa đường đến OFDM môn Kỹ thuật thông tin vô tuyến | Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông

lOMoAR cPSD| 58647650
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
KHOA VIỄN THÔNG 1
TIỂU LUẬN MÔN HỌC
Đề tài: Ảnh hưởng của hiện tượng fading đa đường đến OFDM
Học phần: Kỹ thuật thông tin vô tuyến
Nhóm tiểu luận : 01
Giảng viên hướng dẫn
: Vũ Quang Minh
Danh sách sinh viên
: Vũ Văn Thắng
: Vũ Đức Vinh
: Nguyễn Quốc Huy
: Trần Phương Nam
: Đỗ Chiến Thuật
Hà N ộ i – 2025 lOMoAR cPSD| 58647650
DANH SÁCH THÀNH VIÊN CỦA NHÓM Họ và tên Mã sinh viên Nhiệm vụ Vũ Đức Vinh (Nhóm B22DCVT586
Thuyết trình + Duyệt nội trưởng) dung Vũ Văn Thắng B22DCVT530 Thuyết trình Nguyễn Quốc Huy B22DCVT241 Làm nội dung Trần Phương Nam B22DCVT370 Thiết kế mô phỏng OFDM trong fading đa đường + Slides Đỗ Chiến Thuật B22DCVT545 Slides
MỤC LỤC A. GIỚI THIỆU .............................................................. Error! Bookmark not defined.
1. Lý do chọn đề tài ...................................................................................................................................... 1
2. Mục đích và mục tiêu nghiên cứu ........................................................................................................... 1
3. Đối tượng , phạm vi và phương pháp nghiên cứu .................................................................................. 2
4. Ý nghĩa lý luận và thực tiễn đề bài .......................................................................................................... 2
B. NỘI DUNG ............................................................................................................................................... 3
1. Tổng quan về Fading đa đường .............................................................................................................. 3
1.1. Định nghĩa Fading ................................................................................................................................. 3
1.2. Nguyên nhân của Fading đa đường ..................................................................................................... 4
1.3. Đặc điểm và phân loại (theo tần số và thời gian) ................................................................................ 5
2. Tổng quan về OFDM ............................................................................................................................. 11
2.1. Khái niệm ............................................................................................................................................. 11
2.2. Cơ chế hoạt động ................................................................................................................................. 12
2.3. Ưu và nhược điểm trong môi trường truyền không dây .................................................................. 12
3. Tác động của Fading đa đường đến hệ thống OFDM ......................................................................... 13
3.1. Hiện tượng mất tính trực giao ............................................................................................................ 13
3.2. Nhiễu xuyên sóng mang(ICI) .............................................................................................................. 14
3.3. Tỷ lệ lỗi BER ........................................................................................................................................ 14
3.4. So sánh hiệu suất OFDM trong môi trường có và không có fading đa đường .............................. 16 lOMoAR cPSD| 58647650
4. Các biện pháp khắc phục ảnh hưởng của Fading trong OFDM ........................................................ 16
4.1. Cyclic Prefix ......................................................................................................................................... 16
4.2. Equalization ......................................................................................................................................... 17
4.3. Mã hóa kênh......................................................................................................................................... 19
4.4. Kỹ thuật phân tập (Diversity Techniques) ......................................................................................... 20
C. KẾT LUẬN ............................................................................................................................................. 25 lOMoAR cPSD| 58647650 A. GIỚI THIỆU
1. Lý do chọn đề tài
Trong bối cảnh công nghệ không dây phát triển mạnh mẽ, các hệ thống truyền thông hiện đại
như mạng di động 4G/5G, Wi-Fi và Internet vạn vật (IoT) ngày càng phụ thuộc vào các phương
pháp truyền dẫn hiệu quả và tin cậy. Một trong những kỹ thuật nổi bật được ứng dụng rộng rãi là
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) – kỹ thuật đa sóng mang trực giao, nổi
bật với khả năng chống nhiễu và tối ưu hóa hiệu suất phổ. Tuy nhiên, trong môi trường truyền dẫn
thực tế, tín hiệu thường gặp phải hiện tượng fading đa đường (multipath fading), một dạng suy
giảm tín hiệu do sự phản xạ, khúc xạ hoặc tán xạ từ nhiều vật thể trong môi trường. Fading đa
đường gây ra giao thoa giữa các tín hiệu đến từ nhiều đường khác nhau, dẫn đến hiện tượng trễ,
méo tín hiệu và giảm chất lượng dịch vụ.
Hiện tượng fading đa đường ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả hoạt động của OFDM, đặc biệt
là gây ra nhiễu xuyên kênh (ICI – Inter-Carrier Interference) và mất tính trực giao giữa các sóng
mang. Do đó, việc nghiên cứu sâu về ảnh hưởng của fading đa đường đến OFDM là rất cần thiết
nhằm tìm ra các biện pháp giảm thiểu và nâng cao hiệu suất truyền dẫn trong thực tế.
Với mục tiêu đó, đề tài "Ảnh hưởng của hiện tượng fading đa đường đến OFDM" được
lựa chọn nhằm cung cấp cái nhìn toàn diện về cơ chế fading đa đường, phân tích tác động của nó
đến hệ thống OFDM và từ đó đề xuất các giải pháp xử lý như sử dụng tiền tố bảo vệ (cyclic prefix),
kỹ thuật cân bằng (equalization), điều chế thích nghi và mã hóa kênh để tăng cường độ tin cậy và
chất lượng của hệ thống truyền thông vô tuyến.
2. Mục đích và mục tiêu nghiên cứu • Mục đích
Bài tiểu luận này tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của hiện tượng fading đa đường trong các hệ
thống truyền thông vô tuyến, đặc biệt là đối với kỹ thuật OFDM (Orthogonal Frequency Division
Multiplexing) – một phương pháp truyền dẫn phổ biến trong các công nghệ không dây hiện đại như
LTE, Wi-Fi và 5G. Thông qua việc phân tích nguyên nhân gây ra fading đa đường và các biểu hiện
của nó trong môi trường truyền dẫn thực tế, bài tiểu luận hướng đến việc đánh giá mức độ tác động
của fading đến hiệu suất hệ thống OFDM, đồng thời khảo sát các kỹ thuật khắc phục nhằm đảm bảo
độ ổn định và chất lượng truyền dẫn trong điều kiện môi trường phức tạp. • Mục tiêu
+ Hiểu rõ bản chất và cơ chế của hiện tượng fading đa đường:
o Giải thích nguyên nhân gây ra fading đa đường trong môi trường truyền thông vô tuyến.
o Mô tả các đặc trưng của fading như trễ truyền, giao thoa đa đường, fading
nhanh/chậm và fading phẳng/lọc tần số.
+ Phân tích tác động của fading đa đường đến hệ thống OFDM:
o Đánh giá ảnh hưởng của fading đến độ méo tín hiệu, nhiễu xuyên sóng mang (ICI), và tỷ lệ lỗi bit (BER).
o Nghiên cứu sự mất trực giao giữa các sóng mang và hiệu ứng làm giảm hiệu suất phổ của OFDM.
+ Khảo sát các kỹ thuật giảm thiểu ảnh hưởng của fading trong OFDM:
o Tìm hiểu các phương pháp như sử dụng cyclic prefix, equalization, kỹ thuật phân tập
(tần số, thời gian, không gian), và mã hóa kênh.
o Phân tích hiệu quả của các giải pháp trong các điều kiện fading khác nhau.
+ Đề xuất hướng cải tiến nhằm nâng cao hiệu suất OFDM trong môi trường fading:
Downloaded by Nhu Van (Nhuvan19@gmail.com) lOMoAR cPSD| 58647650
o So sánh các kỹ thuật chống fading hiện có và đánh giá khả năng áp dụng thực tế. o Đề
xuất các giải pháp tổng hợp hoặc điều chỉnh phù hợp nhằm tăng độ tin cậy và khả năng
thích ứng của OFDM trong truyền thông không dây hiện đại. 1
3. Đối tượng , phạm vi và phương pháp nghiên cứu
a) Nghiên cứu đối tượng
Đối tượng chính của bài luận là hiện tượng fading đa đường trong môi trường truyền thông
không dây và tác động của nó đến hệ thống OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
– một kỹ thuật điều chế phổ biến trong các hệ thống truyền thông hiện đại như Wi-Fi, LTE, và 5G.
Bài luận tập trung vào việc tìm hiểu cơ chế gây ra fading đa đường, các dạng biểu hiện của nó, và
cách nó ảnh hưởng đến tính trực giao, hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống OFDM. Ngoài ra, bài
luận cũng sẽ khảo sát các kỹ thuật giảm thiểu tác động tiêu cực của fading đa đường đối với OFDM
như cyclic prefix, equalization, mã hóa kênh và phân tập không gian – thời gian – tần số.
b) Phương pháp nghiên cứu
• Phân tích cơ chế fading đa đường: Nghiên cứu hiện tượng tín hiệu truyền đến đích theo
nhiều đường khác nhau do phản xạ, tán xạ và khúc xạ, từ đó dẫn đến giao thoa tín hiệu và biến
đổi biên độ – pha không mong muốn.
• Phân tích tác động đến OFDM: Xem xét ảnh hưởng của fading đa đường đến mất tính trực
giao giữa các sóng mang trong OFDM, gây ra nhiễu xuyên sóng mang (ICI), méo tín hiệu và
tăng tỷ lệ lỗi bit (BER).
• Nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật: Khảo sát các kỹ thuật chống lại ảnh hưởng của fading
đa đường trong OFDM như cyclic prefix, equalizer, mã hóa kênh, kỹ thuật phân tập (không
gian, thời gian, tần số), và MIMO-OFDM.
• Đánh giá hiệu quả: So sánh ưu điểm – nhược điểm và khả năng áp dụng thực tiễn của từng
kỹ thuật giảm thiểu fading trong các điều kiện môi trường khác nhau.
c) Phạm vi nghiên cứu
Bài luận được thực hiện theo hướng nghiên cứu lý thuyết, dựa trên tổng hợp và phân tích các
tài liệu học thuật trong lĩnh vực truyền thông không dây và OFDM. Phạm vi cụ thể bao gồm:
• Phân tích tài liệu: Nghiên cứu các sách chuyên ngành, giáo trình, bài báo khoa học và công
trình nghiên cứu liên quan đến fading đa đường và kỹ thuật OFDM trong các hệ thống truyền thông hiện đại.
• Tổng hợp và hệ thống hóa: Tổng hợp các kiến thức về đặc điểm fading đa đường, ảnh hưởng
cụ thể đến OFDM, và hệ thống hóa các kỹ thuật giảm thiểu tác động.
• Phân tích kỹ thuật: Đánh giá khả năng áp dụng và hiệu quả của từng phương pháp kỹ thuật
chống fading đa đường trong bối cảnh hệ thống OFDM.
4. Ý nghĩa lý luận và thực tiễn đề bài
• Ý nghĩa lý luận:
o Góp phần hoàn thiện nền tảng lý thuyết về fading đa đường trong truyền thông vô
tuyến: Đề tài cung cấp cái nhìn chuyên sâu về cơ chế hình thành và đặc điểm của hiện
tượng fading đa đường, một trong những yếu tố gây nhiễu nghiêm trọng nhất trong môi
trường truyền thông không dây. Thông qua việc phân tích ảnh hưởng của fading đa đường
đến tính trực giao và hiệu suất truyền dẫn của hệ thống OFDM, đề tài góp phần làm rõ các
khái niệm, cơ sở vật lý và thông tin liên quan đến biến dạng tín hiệu trong truyền dẫn đa sóng mang. lOMoAR cPSD| 58647650
o Củng cố kiến thức lý thuyết về kỹ thuật chống fading trong hệ thống OFDM: Việc
nghiên cứu các phương pháp kỹ thuật như cyclic prefix, equalization, mã hóa kênh, và
phân tập không gian – thời gian – tần số trong bối cảnh của OFDM giúp mở rộng hiểu biết
về cách xử lý và thích ứng với môi trường truyền dẫn phức tạp. Đây là cơ sở lý luận quan
trọng cho các sinh viên, nhà nghiên cứu và kỹ sư trong lĩnh vực truyền thông kỹ thuật số.
o Định hướng cho các nghiên cứu chuyên sâu trong lĩnh vực điều chế và tối ưu hệ
thống không dây: Đề tài đặt nền móng cho các hướng nghiên cứu tiếp theo như thiết
kế hệ thống OFDM thích nghi, tối ưu hóa mã hóa và giải điều chế, hoặc phát triển mô hình
mô phỏng fading đa đường trong các chuẩn truyền thông thế hệ mới.
• Ý nghĩa thực tiễn:
o Cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của các hệ thống truyền thông sử dụng OFDM: Việc
hiểu rõ ảnh hưởng tiêu cực của fading đa đường đến OFDM và ứng dụng các kỹ thuật
khắc phục phù hợp giúp tăng cường độ ổn định, giảm tỷ lệ lỗi bit (BER), và nâng cao chất
lượng tín hiệu trong các mạng như Wi-Fi, LTE, 5G và hệ thống truyền thông quân sự. o
Bảo đảm trải nghiệm người dùng trong môi trường truyền thông không dây phức
tạp: Khi fading đa đường thường xảy ra trong các khu vực đô thị đông đúc, bên trong tòa
nhà hoặc trong khi người dùng di chuyển nhanh (ví dụ: trên tàu xe), việc giảm thiểu tác
động của hiện tượng này sẽ giúp duy trì kết nối mượt mà và ổn định, từ đó nâng cao trải
nghiệm người dùng trong giao tiếp, học tập, làm việc và giải trí. o Ứng dụng trong thiết
kế và triển khai hệ thống truyền thông thế hệ mới: Các kết quả từ nghiên cứu có thể
được áp dụng trong việc phát triển các hệ thống MIMO-OFDM, OFDM thích nghi
(adaptive OFDM) và các kỹ thuật beamforming, vốn là nền tảng cho mạng 5G và các thế
hệ tiếp theo. Điều này góp phần thúc đẩy tiến trình hiện đại hóa hạ tầng truyền thông. o
Hỗ trợ triển khai hệ thống trong môi trường đặc thù: Những kiến thức và kỹ thuật
chống fading đa đường thu được từ đề tài có thể hỗ trợ việc thiết kế hệ thống truyền thông
trong môi trường địa hình phức tạp, như khu vực đồi núi, vùng đô thị dày đặc, hoặc môi
trường truyền thông tốc độ cao (tàu cao tốc, hàng không, vệ tinh), nơi mà fading đa đường
là một thách thức thường trực. B. NỘI DUNG
1. Tổng quan về Fading đa đường
1.1. Định nghĩa Fading
Fading là hiện tượng thăng giáng thất thường của cường độ điện trường tại điểm thu. Nguyên
nhân là do điều kiện truyền sóng luôn thay đổi khiến quá trình giao thoa của các tia sóng đi theo
các đường khác nhau cũng thay đổi. lOMoAR cPSD| 58647650
Hình 1.1. Tín hiệu tới phía thu theo L đường
Thực tế do địa hình phức tạp nên có rất nhiều tia phản xạ đến từ các điểm khác nhau trên đường
truyền dẫn dến điểm thu. Điều này làm cho hiện tượng Fading cành thêm trầm trọng, gọi là Fading đa đường.
Các yếu tố gây ra Fading đối với các hệ thống vô tuyến măt đất như:
• Sự thăng giáng của tầng điện ly đối với hệ thống sóng ngắn
• Sự hấp thụ gây bởi các phân tử khí, hơi nước, mưa, tuyết, sương mù...sự hấp thụ này phụ
thuôc vào dải tần số công tác đăc biệt là dải tần cao (>10Ghz).
• Sự khúc xạ gây bởi sự không đổng đều của mật đô không khí.
• Sự phản xạ sóng từ bề măt trái đất, đăc biệt trong trường hợp có bề măt nước và sự phản xạ
sóng từ các bất đổng nhất trong khí quyển. Đây cũng là môt yếu tố dẫn đến sự truyền lan đa đường.
• Sự phản xạ, tán xạ và nhiễu xạ từ các chướng ngại trên đường truyền lan sóng điện từ, gây
nên hiện tượng trải trễ và giao thoa sóng tại điểm thu do tín hiệu nhận được là tổng của rất
nhiều tín hiệu truyền theo nhiều đường. Hiện tượng này đăc biệt quan trọng trong thông tin di động.
Trong các hệ thống truyền thông không dây, tín hiệu không truyền theo một đường duy nhất
mà thường đến bộ thu theo nhiều đường khác nhau – đây là cơ sở hình thành fading đa đường
(multipath fading). Khi các tín hiệu từ nhiều đường khác nhau đến cùng lúc hoặc chênh lệch nhỏ
về thời gian, chúng có thể cộng hoặc triệt tiêu lẫn nhau, gây ra hiện tượng biến thiên mạnh về
cường độ tín hiệu tại phía thu.
1.2. Nguyên nhân của Fading đa đường
- Hiện tượng fading đa đường phát sinh từ việc tín hiệu bị phản xạ, khúc xạ, tán xạ hoặc nhiễu xạ
khi gặp vật cản trong môi trường truyền dẫn. Các tín hiệu này đến máy thu với nhiều độ trễ khác
nhau, gây ra nhiễu giao thoa. - Các nguyên nhân chính bao gồm:
• Phản xạ (Reflection): Xảy ra khi tín hiệu gặp các bề mặt lớn, phẳng như tường, mặt đất hoặc
các tòa nhà cao tầng. Tín hiệu phản xạ có thể có độ trễ và pha khác biệt so với tín hiệu gốc.
• Tán xạ (Scattering): Do tín hiệu gặp phải các vật thể nhỏ hơn nhiều so với bước sóng (bụi, lá
cây, biển quảng cáo,...) làm cho tín hiệu bị phân tán theo nhiều hướng.
• Nhiễu xạ (Diffraction): Khi tín hiệu gặp vật chắn lớn như tòa nhà hay ngọn đồi và bị uốn
cong qua các mép vật thể đó. lOMoAR cPSD| 58647650
• Khúc xạ (Refraction): Xảy ra khi sóng đi qua các lớp không khí có mật độ khác nhau (do
nhiệt độ, độ ẩm, áp suất...) làm thay đổi hướng truyền của tín hiệu.
=> Do đó, tín hiệu đến đầu thu không chỉ là tín hiệu gốc mà là tổng hợp của nhiều tín hiệu với độ
trễ và pha khác nhau, gây ra nhiễu giao thoa dẫn đến hiện tượng fading.
1.3. Đặc điểm và phân loại (theo tần số và thời gian)
1.3.1. Miền tần số a) Fading phẳng
- Là Fading mà suy hao phụ thuộc vào tần số là không đáng kể và hầu như là hằng số với toàn bộ
băng tần hiệu dụng của tín hiệu.
- Băng sóng ảnh hưởng của kênh truyền lớn hơn băng thông của tín hiệu truyền. Hay nói cách khác
là ảnh hưởng của kênh truyền đồng đều với mọi tần số của tín hiệu. Chủ yếu xuất hiện ở các hệ
thống không dây với dung lượng nhỏ, băng tần hẹp, do độ rộng băng tín hiệu khá nhỏ nên Fading
do truyền dẫn đa đường và do mưa gần như là không có chọn lọc theo tần số.
Ảnh hưởng của Fading phẳng được coi là sự giảm SNR ( tỉ lệ giữa tín hiệu và nhiễu ). Các
kênh Fading phẳng này được gọi là kênh thay đổi biên độ hoặc kênh băng hẹp.
Fading phẳng do truyền dẫn đa đường: hình thành do phản xạ tại các chướng ngại cũng như sự
thay đổi của độ khúc xạ của khí quyển cường đô trường thu được ở đầu thu bị suy giảm và di
chuyển trong quá trình truyền dẫn.
Trong các hệ thống chuyển tiếp số LOS (Line-Of-Sight), sự biến thiên của đọ khúc xạ là
nguyên nhân chủ yếu dẫn đến hiện tượng truyền dẫn đa đường mà kết quả của nó là tổn hao Fading
thay đổi theo tần số. Tuy nhiên, hệ thống có băng tín hiệu nhỏ nên tín hiệu suy hao Fading đa đường
là nhỏ nên có thể bỏ qua và Fading đa đường được xem là Fading phẳng.
Đối với Fading đa đường, việc thực hiện được đánh giá bằng đo công suất tín hiệu thu được
tại một tần số trong băng tín hiệu. Đặc trưng thống kê của Fading phẳng đa đường là phân bố thời
gian Fading vượt quá một mức nào đó
Hình 1.2: Fading phẳng do hấp thụ
Fading phẳng do hấp thụ: Là hiện tượng sóng điện từ bị hấp thụ và bị tán xạ do mưa, tuyết,
sưong mù.hay các phần tử khác tổn tại trong môi trường truyền dẫn nên các tín hiệu vào đầu thu bị
suy giảm. Nói chung hiện tượng Fading này thay đổi phụ thuộc vào tần số lOMoAR cPSD| 58647650
Hình 1.3: Suy hao tín hiệu trong các môi trường khác nhau
- Các nguyên nhân chính gây ra Fading phẳng bao gồm:
• Giao thoa sóng: Khi tín hiệu được phát ra và gặp phải các vật cản, nó có thể bị phản xạ,
khúc xạ và tán xạ. Điều này dẫn đến việc sóng phát đến đích có thể giao thoa với nhau, tạo
ra các vùng cường độ cao và thấp.
• Di chuyển của người dùng: Sự di chuyển của thiết bị nhận (hoặc phát) trong một môi
trường không đồng nhất có thể gây ra biến thiên trong cường độ tín hiệu. Nếu người dùng
di chuyển nhanh, Fading phẳng có thể xảy ra khi tín hiệu tiếp nhận có nhiều thành phần sóng với pha khác nhau.
• Tính đồng nhất của môi trường: Trong các khu vực có môi trường tương đối đồng nhất,
như vùng đô thị, tín hiệu có thể trải qua Fading phẳng do ít biến đổi về vật cản. Khi có ít sự
khác biệt trong các đường đi của sóng, Fading sẽ trở nên phẳng hơn.
• Kích thước ăng-ten: Kích thước của ăng-ten nhận có thể ảnh hưởng đến Fading phẳng.
Nếu ăng-ten đủ lớn so với bước sóng của tín hiệu, nó có thể thu được nhiều tần số cùng lúc, dẫn đến Fading phẳng.
- Tác động của Fading phẳng đến OFDM:
• Tất cả các sóng mang bị ảnh hưởng đồng đều. Trong fading phẳng, do băng thông tín hiệu
nhỏ hơn hoặc xấp xỉ với băng thông kênh, toàn bộ phổ tín hiệu OFDM (gồm nhiều sóng
mang con) đều chịu cùng một hệ số suy hao biên độ và pha tại một thời điểm cụ thể. Điều này có nghĩa là:
o Nếu tín hiệu bị suy giảm lớn → toàn bộ gói dữ liệu bị lỗi. o Nếu bị thay đổi pha
nghiêm trọng → gây sai sót giải điều chế trên tất cả sóng mang.
• Không gây nhiễu xuyên ký hiệu (ISI). Fading phẳng không gây sự méo tín hiệu theo thời
gian → không tạo nhiễu giữa các ký hiệu liên tiếp. Điều này giảm bớt độ phức tạp xử lý so
với fading chọn lọc tần số.
• Có thể gây mất toàn bộ khung OFDM. Trong các trường hợp suy hao biên độ nghiêm trọng
(deep fade), toàn bộ sóng mang trong một khung OFDM có thể bị mất, dẫn đến: o Tăng tỷ lệ lỗi bit (BER).
o Mất dữ liệu hàng loạt nếu không có mã hóa kênh hoặc kiểm tra lỗi mạnh.
• Giảm SNR nhất quán trên toàn dải sóng mang. Vì tất cả các sóng mang đều bị ảnh hưởng
tương tự, SNR trên mỗi sóng mang đều suy giảm, khiến việc tách sóng mang dựa trên đặc lOMoAR cPSD| 58647650
tính kênh trở nên kém hiệu quả → ảnh hưởng đến các bộ giải điều chế thích nghi và hệ
thống phân bổ công suất.
b) Fading chọn lọc tần số
Xảy ra khi băng tần của tín hiệu lớn hơn băng thông của kênh truyền. Do đó hệ thống tốc độ
vừa và lớn có độ rộng băng tín hiệu lớn (lớn hơn độ rộng kênh) sẽ chịu nhiều tác động của Fading
chọn lọc tần số.
Hình 1.4: Tính chọn lọc tần số của kênh Các
nguyên nhân chính gây ra Fading chọn lọc tần số bao gồm:
• Giao thoa sóng: Khi tín hiệu truyền đi và gặp các vật cản (như tòa nhà, cây cối), nó có thể
bị phản xạ và khúc xạ. Sự giao thoa giữa các sóng này tạo ra các vùng cường độ khác nhau
cho các tần số, dẫn đến hiện tượng Fading.
• Băng tần rộng: Khi băng tần của tín hiệu lớn hơn băng tần của kênh truyền, các tần số khác
nhau sẽ trải qua các mức suy giảm khác nhau. Điều này có thể dẫn đến Fading chọn lọc nếu
có sự can thiệp từ môi trường.
• Môi trường không đồng nhất: Trong những khu vực có nhiều vật cản và sựthay đổi về địa
hình, tín hiệu sẽ trải qua các điều kiện khác nhau, dẫn đến sự suy giảm không đồng đều cho các tần số.
• Hiệu ứng Doppler: Khi thiết bị di chuyển, tần số của tín hiệu có thể bị thay đổi do hiệu
ứng Doppler, ảnh hưởng đến cách các tần số khác nhau được thu nhận.
• Chuyển động của người dùng: Sự di chuyển của người dùng trong một môi trường phức
tạp có thể làm cho các tần số khác nhau nhận được bị suy giảm không đồng đều, gây ra
Fading chọn lọc tần số.
- Tác động của Fading chọn lọc tần số đến OFDM
• Gây méo tín hiệu không đồng đều giữa các sóng mang o Do mỗi sóng mang trong OFDM
chiếm một dải tần hẹp, mỗi sóng mang sẽ chịu mức suy hao khác nhau trong kênh chọn
lọc tần số. o Một số sóng mang có thể bị suy hao nghiêm trọng (deep fade), trong khi các lOMoAR cPSD| 58647650
sóng mang khác thì không. o Hệ quả: một phần dữ liệu trong khung OFDM có thể bị lỗi
nghiêm trọng, làm tăng tỷ lệ lỗi bit (BER) một cách không đồng đều.
• Gây nhiễu xuyên ký hiệu (ISI) nếu không dùng CP o Trong môi trường chọn lọc tần số,
thời gian lan truyền của các tín hiệu đa đường là đáng kể.
o Nếu OFDM không dùng cyclic prefix (CP) hoặc CP ngắn hơn độ trễ kênh, các sóng
mang sẽ bị giao thoa với chính tín hiệu quá khứ, dẫn đến ISI nghiêm trọng. o ISI làm
mất tính trực giao giữa các sóng mang → gây thêm nhiễu xuyên kênh (ICI) và lỗi giải điều chế.
• Làm mất tính trực giao của các sóng mang (ICI) o Fading chọn lọc gây ra sự trễ và thay
đổi pha khác nhau trên mỗi thành phần tần số. o Điều này phá vỡ tính trực giao giữa các
sóng mang vốn là cốt lõi trong OFDM → dẫn đến nhiễu xuyên sóng mang (Inter-Carrier Interference – ICI).
• Tăng độ phức tạp của bộ cân bằng (Equalizer) o Đối với fading chọn lọc tần số, phải
dùng bộ cân bằng theo miền tần số (frequencydomain equalizer) để hiệu chỉnh riêng biệt
từng sóng mang. o Yêu cầu hệ thống phải:
▪ Sử dụng pilot symbols dày đặc để ước lượng đáp ứng kênh trên từng sóng mang.
▪ Áp dụng interleaving và mã hóa kênh mạnh (ví dụ: Turbo, LDPC, convolutional code).
• Ảnh hưởng đến tốc độ và độ tin cậy của truyền dữ liệu o Một phần dữ liệu tương ứng với
các sóng mang bị deep fade có thể bị mất hoàn toàn nếu không có biện pháp dự phòng.
o Điều này làm giảm throughput và gây gián đoạn dịch vụ, đặc biệt trong các ứng dụng
yêu cầu truyền dữ liệu ổn định như thoại, video trực tuyến, IoT…
1.3.2. Miền thời gian
Hình 1.5: Fading trong miền thời gian lOMoAR cPSD| 58647650 a) Fading nhanh
Fading nhanh: sự thay đổi của biên độ và pha biến thiên đáng kể trong thời gian sử dụng.
Fading nhanh xảy ra khi đáp ứng xung của kênh thay đổi rất nhanh trong khoảng thời gian ký hiệu.
• Độ lan truyền doppler cao
• Chu kỳ ký hiệu > Thời gian kết hợp • Biến đổi tín hiệu
=> Các tham số này dẫn đến tán sắc tần số hoặc Fading chọn lọc thời gian do trải phổ doppler.
Fading nhanh là kết quả của sự phản xạ của các vật thể cục bộ và chuyển động của các vật thể so với các vật thể đó.
Trong Fading nhanh, tín hiệu thu là tổng của nhiều tín hiệu được phản xạ từ các bề mặt khác
nhau. Tín hiệu này là tổng hoặc hiệu của nhiều tín hiệu có thể mang tính tăng cường hoặc triệt
tiêu dựa trên sự dịch pha tương đối giữa chúng. Mối quan hệ pha phụ thuộc vào tốc độ chuyển
động, tần số truyền và độ dài đường đi tương đối.
Fading nhanh làm biến dạng hình dạng của xung băng cơ sở. Sự biến dạng này là tuyến tính
và tạo ra giao thoa giữa các ký hiệu. Cân bằng thích ứng làm giảm ISI bằng cách loại bỏ biến
dạng tuyến tính do kênh gây ra. Nguyên nhân gây ra Fading nhanh:
• Di chuyển của thiết bị: Khi người dùng hoặc thiết bị di động di chuyển nhanh, tín hiệu
có thể bị suy giảm hoặc tăng cường đột ngột do thay đổi vị trí và hướng đến trạm phát.
• Giao thoa sóng: Khi tín hiệu bị phản xạ, khúc xạ hoặc tán xạ bởi các vật cản trong môi
trường (như tòa nhà, cây cối), các sóng đến đích với các pha khác nhau có thể tạo ra hiện
tượng giao thoa, dẫn đến biến thiên nhanh trong cường độ tín hiệu.
• Kích thước vật cản: Các vật cản trong môi trường có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn so với
bước sóng của tín hiệu, ảnh hưởng đến cách sóng truyền đi và tạo ra các vùng cường độ khác nhau.
• Thay đổi điều kiện môi trường: Các yếu tố như thời tiết hoặc sự xuất hiện của các vật
thể mới (như xe cộ) có thể làm thay đổi cách tín hiệu được truyền và nhận, gây ra Fading nhanh.
• Chuyển động tương đối: Khi có chuyển động giữa nguồn phát và thiết bị nhận, hiệu ứng
Doppler có thể gây ra sự thay đổi nhanh chóng trong tần số tín hiệu, làm tăng biến thiên cường độ.
Tác động của Fading nhanh đến OFDM:
• Phá vỡ giả định kênh không đổi trong một symbol OFDM:
o OFDM giả định rằng kênh truyền không thay đổi trong thời gian truyền của một
symbol. o Fading nhanh khiến đặc tính kênh biến đổi ngay trong một symbol → vi phạm giả định này.
• Gây nhiễu xuyên sóng mang (ICI – Inter-Carrier Interference):
o Biến đổi nhanh theo thời gian gây ra dịch tần số nhỏ (Doppler shift). o Làm mất
tính trực giao giữa các sóng mang → nhiễu chéo giữa các subcarrier.
• Ảnh hưởng đến độ chính xác của ước lượng kênh: lOMoAR cPSD| 58647650
o Ước lượng kênh tại các vị trí pilot không còn đại diện chính xác cho toàn bộ symbol.
o Gây sai lệch trong quá trình equalization và giải điều chế tín hiệu. • Tăng Bit
Error Rate (BER) và Frame Error Rate (FER):
o Biến động kênh không được bù trừ kịp thời làm sai lệch tín hiệu nhận được.
o Gây ra lỗi bit và lỗi gói, ảnh hưởng đến hiệu suất truyền dữ liệu.
• Làm giảm hiệu quả của điều chế và mã hóa thích nghi (AMC):
o Trong hệ thống thích nghi, thông tin về kênh được dùng để chọn sơ đồ điều chế phù hợp.
o Fading nhanh làm cho thông tin kênh trở nên lỗi thời trước khi được sử dụng.
• Giảm độ tin cậy của liên kết truyền thông di động tốc độ cao:
o Trong các môi trường có vận tốc cao (ví dụ: tàu cao tốc), fading nhanh đặc biệt
nghiêm trọng. o Làm giảm độ ổn định và xuyên suốt của kết nối không dây. b) Fading chậm
Fading chậm: sự thay đổi biên độ và pha của tín hiệu bởi ảnh hưởng của kênh truyền có thể
coi là 1 cách tương đối là ổn định trong khoảng thời gian sử dụng. Fading chậm thường được gây
ra bởi hiện tượng che tối do các vật cản như dồi núi hay các tòa nhà trên dường truyền tín hiệu.
Nguyên nhân gây ra Fading chậm:
• Thay đổi môi trường: Các thay đổi trong môi trường như thời tiết (mưa, sương mù),
hoặc thay đổi trong địa hình (xây dựng mới, thay đổi cây cối) có thể ảnh hưởng đến cách
tín hiệu được truyền và gây ra Fading chậm.
• Khoảng cách đến trạm phát: Khi thiết bị di động di chuyển ra xa trạm phát hoặc vào
các khu vực có nhiều vật cản, cường độ tín hiệu có thể giảm dần theo thời gian, tạo ra Fading chậm.
• Cấu trúc môi trường: Những khu vực đô thị với nhiều tòa nhà và chướng ngại vật có
thể gây ra Fading chậm khi tín hiệu phản xạ hoặc khúc xạ qua nhiều vật cản khác nhau.
Sự thay đổi trong cấu trúc này diễn ra từ từ theo thời gian.
• Vị trí của người dùng: Khi người dùng di chuyển trong một khu vực không đồng nhất,
cường độ tín hiệu có thể thay đổi chậm do việc di chuyển qua các khu vực khác nhau
(như từ bên ngoài vào trong nhà).
• Biến đổi trong thiết bị nhận: Thay đổi trong vị trí hoặc hướng của ăng-ten nhận cũng có
thể dẫn đến Fading chậm, đặc biệt nếu có sự thay đổi đáng kể trong môi trường xung quanh.
Tác động của Fading chậm đến OFDM
• Đáp ứng kênh gần như không đổi trong thời gian ngắn:
o Trong fading chậm, đặc tính kênh biến đổi rất chậm so với tốc độ truyền symbol.
o Điều này phù hợp với giả định của OFDM rằng kênh là tĩnh trong mỗi symbol.
• Ưu điểm trong ước lượng và bù kênh:
o Do kênh ổn định theo thời gian, việc chèn pilot và ước lượng kênh trở nên chính xác và hiệu quả hơn.
o Giảm độ phức tạp cho bộ thu khi thực hiện cân bằng (equalization). lOMoAR cPSD| 58647650
• Ảnh hưởng đến điều chế thích nghi (AMC):
o Tín hiệu phản hồi thông tin kênh (CSI) chính xác hơn → AMC hoạt động hiệu quả.
o Hệ thống có thể tối ưu hóa tốc độ truyền mà vẫn duy trì độ tin cậy.
• Không gây nhiễu xuyên sóng mang (ICI):
o Do Doppler shift nhỏ hoặc không đáng kể, tính trực giao giữa các sóng mang được duy trì.
o OFDM vận hành ổn định và hiệu suất cao hơn so với trong fading nhanh.
• Có thể gây ảnh hưởng nếu kết hợp với fading chọn lọc tần số:
o Dù chậm theo thời gian, nếu kênh bị chọn lọc theo tần số thì vẫn gây suy giảm một
số subcarriers → ảnh hưởng BER.
o Trong trường hợp này, cần kỹ thuật xử lý như mã hóa kênh hoặc phân tập tần số.
2. Tổng quan về OFDM 2.1. Khái niệm
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) là một kỹ thuật truyền dữ liệu không
dây được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống viễn thông hiện đại. OFDM cho phép truyền dữ
liệu ở tốc độ cao đồng thời giảm thiểu hiện tượng nhiễu (interference) và giảm đa đường
(multipath fading) trong môi trường không dây.
Một trong những đặc điểm chính của OFDM là việc chia tín hiệu dữ liệu thành nhiều tín hiệu
con, mỗi tín hiệu con này được truyền song song trên các tần số không gian chia đều và tạo ra sự
tương đồng giữa chúng giúp tăng cường khả năng chịu nhiễu và giảm thiểu hiện tượng mất tín
hiệu trong quá trình truyền tải.
OFDM cũng có khả năng thích ứng với môi trường truyền thông thay đổi bằng cách sử dụng
kỹ thuật chia nhóm tín hiệu (subcarrier grouping) và việc điều chỉnh tỷ lệ truyền (adaptive
modulation) để tối ưu hóa hiệu suất truyền dữ liệu.
Hình 2.1: OFDM cho phép truyền dữ liệu ở tốc độ cao đồng thời giảm thiểu hiện tượng nhiễu
(interference) và giảm đa đường (multipath fading)
Ngoài ra, OFDM cũng được áp dụng rộng rãi trong các tiêu chuẩn viễn thông như Wifi, 4G
LTE, 5G và cả trong việc truyền dữ liệu qua cáp quang. Sự linh hoạt và hiệu quả của OFDM đã lOMoAR cPSD| 58647650
làm cho kỹ thuật này trở thành một trong những công nghệ quan trọng trong lĩnh vực viễn thông hiện đại.
2.2. Cơ chế hoạt động
- Cơ chế hoạt động của OFDM dựa trên việc chia tín hiệu truyền dẫn thành nhiều tín hiệu con có
tần số thấp hơn và truyền song song qua các kênh truyền khác nhau. Một trong những ưu điểm lớn
nhất của OFDM là khả năng chống nhiễu tốt. Bằng cách chia tín hiệu thành nhiều tín hiệu con có tần
số thấp hơn, OFDM giúp giảm thiểu tác động của nhiễu tần số và nhiễu đa đường trong quá trình
truyền dẫn, làm tăng khả năng ổn định và đáng tin cậy của kết nối không dây, đặc biệt là trong môi
trường có nhiều nhiễu và tín hiệu phản xạ. - Cơ chế hoạt động cụ thể của OFDM bao gồm các bước:
• Chia tín hiệu: Tín hiệu truyền dẫn được chia thành nhiều tín hiệu con, mỗi tín hiệu con
có tần số thấp hơn so với tín hiệu gốc.
• Gán tín hiệu: Các tín hiệu con được gán các tần số không gian-đa nghịch với nhau để
đảm bảo tính chất trực giao giữa chúng.
• Truyền dẫn: Các tín hiệu con được truyền song song qua các kênh truyền khác nhau.
• Ghép tín hiệu: Tại thiết bị thu, các tín hiệu con được ghép lại để tái tạo lại tín hiệu ban đầu.
Quá trình này giúp tăng cường hiệu suất truyền dẫn và giảm thiểu tác động của nhiễu, từ đó
cải thiện khả năng truyền dẫn và tiếp nhận dữ liệu trong các hệ thống không dây. OFDM cũng
cho phép sử dụng công nghê MIMO để tăng cường khả năng truyền dẫn và tiếp nhận dữ liệu
thông qua việc sử dụng nhiều anten trên cả thiết bị phát và thiết bị thu.
Hình 2.2: Cơ chế chuyển tiếp dữ liệu của OFDM
2.3. Ưu và nhược điểm trong môi trường truyền không dây 2.3.1. Ưu điểm
• Khả năng xử lý nhiễu tốt: OFDM chia tín hiệu thành các tín hiệu nhỏ hơn và truyền
đồng thời trên nhiều tần số khác nhau, giúp giảm tác động của nhiễu tín hiệu lên toàn bộ tín hiệu.
• Khả năng đồng bộ hóa tốt: Mặc dù đòi hỏi khả năng đồng bộ hóa tốt giữa phát và nhận,
OFDM khi đã đồng bộ hóa có thể duy trì độ ổn định trong việc truyền thông. lOMoAR cPSD| 58647650
• Tốc độ truyền dữ liệu cao: OFDM cho phép truyền dữ liệu ở tốc độ cao hơn so với các
kỹ thuật truyền thông khác nhờ vào khả năng truyền đồng thời trên nhiều tần số khác nhau.
• Hiệu quả sử dụng tài nguyên tần số: OFDM sử dụng tài nguyên tần số hiệu quả hơn
bằng cách chia tín hiệu thành các tín hiệu nhỏ hơn và truyền đồng thời trên nhiều tần số khác nhau.
• Khả năng thích ứng với kênh truyền: OFDM có khả năng thích ứng với các biến động
của kênh truyền thông, từ đó tăng độ ổn định và độ tin cậy trong việc truyền thông.
Hình 2.3: OFDM có thể truyền nhiều dữ liệu hơn trên cùng một băng tần so với các kỹ
thuật truyền tải khác
2.3.2. Nhược điểm
• Tỷ lệ công suất đỉnh trung bình (PAPR) cao: PAPR cao có thể dẫn đến méo tín hiệu và
giảm hiệu suất của bộ khuếch đại.
• Vấn đề đồng bộ: OFDM phụ thuộc vào đồng bộ thời gian và tần số chính xác giữa máy
phát và máy thu. Mất đồng bộ có thể dẫn đến nhiễu liên kênh (ICI) và giảm hiệu suất truyền.
• Yêu cầu bộ lọc phức tạp: OFDM yêu cầu bộ lọc phức tạp để tách các sóng mang con,
điều này có thể làm giảm hiệu quả năng lượng của hệ thống.
3. Tác động của Fading đa đường đến hệ thống OFDM
- Fading đa đường (Multipath Fading) là hiện tượng tín hiệu truyền từ máy phát đến máy thu bị phản
xạ, khúc xạ và nhiễu xạ qua nhiều vật thể trong môi trường, tạo ra nhiều bản sao tín hiệu đến máy
thu với độ trễ thời gian khác nhau. Trong hệ thống OFDM, nếu không xử lý đúng, fading đa đường sẽ gây ra:
3.1. Hiện tượng mất tính trực giao
• OFDM hoạt động dựa trên nguyên lý trực giao giữa các sóng mang con để tránh nhiễu xuyên sóng mang.
• Trong môi trường fading đa đường, kênh truyền trở nên chọn lọc tần số và thay đổi theo
thời gian ⇒ đáp ứng kênh không còn phẳng tại mỗi sóng mang con. Kết quả:
• Tín hiệu từ một sóng mang con có thể rò rỉ sang sóng mang khác.
• Mất trực giao ⇒ gây nhiễu xuyên sóng mang (ICI).
Biểu thức đơn giản:
Nếu H(f) là đáp ứng tần số của kênh và không đồng đều trong mỗi sóng mang, thì: lOMoAR cPSD| 58647650 𝑇
∫ 𝐻(𝑓). 𝑒𝑗2𝜋𝑓𝑘𝑡. 𝑒−𝑗2𝜋𝑓𝑙𝑡𝑑𝑡 ≠ 0 (𝑘 ≠ 𝑙) 0
Với: 𝐻(𝑓) là đáp ứng tần số của kênh truyền – đặc trưng cho cách kênh làm suy giảm biên
độ và thay đổi pha của tín hiệu tại từng tần số
• Khi H(f) không đều trong mỗi sóng mang (tức là fading chọn lọc tần số, hoặc kênh có
nhiều đường truyền đến với độ trễ khác nhau), thì tích phân không còn bằng 0.
• Điều này có nghĩa là sóng mang con fk bị ảnh hưởng bởi tín hiệu từ sóng mang fl, tức là
có nhiễu xuyên sóng mang (ICI).
• Hay nói cách khác: tính trực giao giữa các sóng mang bị phá vỡ, làm cho OFDM không
còn "sạch" trên từng sóng mang nữa.
Điều này chứng tỏ mất trực giao xảy ra ⇒ hiệu suất giải điều chế giảm làm tăng BER
3.2. Nhiễu xuyên sóng mang(ICI)
ICI là hiện tượng sóng mang con này gây nhiễu sang sóng mang con khác, phá vỡ tính độc
lập và làm sai lệch thông tin.
Nguyên nhân chính của ICI trong fading đa đường: •
Fading nhanh (kênh thay đổi trong thời gian biểu tượng OFDM). •
Lệch tần số Doppler làm trôi tần số → dịch chuyển phổ. •
Đáp ứng kênh không phẳng trong mỗi sóng mang.
Biểu thức mô tả tín hiệu thu có ICI:
Tổng nhiễu tại sóng mang k = ICI + AWGN.
Vì thế, SNR hiệu dụng tại sóng mang k sẽ bị giảm: Tác động: •
Khi ICI tăng, mẫu số tăng → SNR hiệu dụng giảm⇒ tăng tỷ lệ lỗi. •
Suy giảm SNR → tăng Bit Error Rate (BER): Với SNR bị suy giảm do ICI, tỷ lệ lỗi bit
(BER) của OFDM cũng tăng lên rõ rệt, vì các bộ giải điều chế (demodulators) dựa trên
giả định rằng: o Sóng mang không bị nhiễu chéo.
o Kênh có thể được ước lượng chính xác
3.3. Tỷ lệ lỗi BER
• BER là chỉ số đo khả năng truyền đúng bit trong hệ thống.
• Trong kênh fading đa đường, BER bị ảnh hưởng nghiêm trọng do:
o Tín hiệu bị phản xạ và trễ làm ISI.
o Mất trực giao và ICI làm sai lệch tín hiệu thu. lOMoAR cPSD| 58647650
Mô hình BER trong fading Rayleigh (không có phân tập):
Giả sử dùng BPSK, BER trung bình:
Trong đó γ là SNR trung bình
So sánh với kênh AWGN (không fading):
Trong đó γ là SNR trung bình
⇒ BER trong kênh fading cao hơn nhiều so với kênh lý tưởng (AWGN) (ngoài công thức
lý thuyết bọn em còn chỉ ra ở phần mô phỏng)
Tác động cụ thể của fading đến BER trong OFDM:
• Fading chọn lọc tần số: Một số sóng mang bị suy giảm mạnh trong khi các sóng mang
khác vẫn tốt. → Làm tăng BER cho những sóng mang bị ảnh hưởng nghiêm trọng.
• Fading nhanh(fading đa đường nhanh): Đáp ứng kênh thay đổi nhanh hơn thời gian
của một khung OFDM → hệ thống không thể cập nhật kịp thông tin kênh → cân bằng
kênh (channel equalization) kém hiệu quả → BER tăng.
• ICI (Nhiễu xuyên sóng mang): Khi fading làm mất trực giao các sóng mang → các
sóng mang gây nhiễu lẫn nhau → làm giảm SNR hiệu dụng tại từng sóng mang → tăng BER.
So sánh BER trong các môi trường: Điều Loại BER Mô tả ngắn kiện fadi (tươn t ng g r Khô đ Truyền ổn định u ng ố y có i ề f ) BER tăng cục bộ n a T theo tần số Kênh d h lý i ấ t n p Hệ thống không ư g theo kịp thay đổi C ở Fadi kênh a n ng o g chọn Rất BER được giảm nhờ Rayle lọc cao cân bằng kênh igh Fadi nếu fadin ng không g nhan có bù Rayle h trễ igh Fadi fadin ng + Trung g bù bình kênh lOMoAR cPSD| 58647650 Có equal izatio n
3.4. So sánh hiệu suất OFDM trong môi trường có và không có fading đa đường
Không có fading đa Có fading đa đường Tiêu chí đường (AWGN) (Rayleigh, Rician)
Môi trường Ổn định, nhiễu trắng Phức tạp, thay đổi theo kênh Gauss (AWGN) thời gian/tần số Trực giao sóng Được bảo
Có thể bị phá vỡ do ICI mang toàn Nhiễu xuyên sóng
Xuất hiện nếu có lệch tần Hầu như không có mang (ICI) số hoặc Doppler
Không có fading đa Có fading đa đường Tiêu chí đường (AWGN) (Rayleigh, Rician)
Bằng phẳng với tất cả
C họn lọc, khác nhau theo Đáp ứng kênh sóng mang tần số
Thấp, cải thiện tốt theo
Tăng cao tại các sóng mang Tỷ lệ lỗi BER SNR bị suy hao SNR hiệu dụng Gần với lý Bị giảm do fading và ICI tưởng Yêu cầu cân bằng
Rất cần thiết để giảm lỗi và mã hóa Ít cần thiết Độ tin cậy của kết
Dao động mạnh nếu không nối Cao có bù fading
=> Kết luận so sánh: -
Trong môi trường không có fading, hệ thống OFDM có thể đạt hiệu suất tối ưu, tận dụng
toàn bộ băng thông mà không cần cơ chế bù trễ hoặc cân bằng kênh. -
Ngược lại, trong môi trường có fading đa đường, đặc biệt là chọn lọc theo tần số, một số
sóng mang bị suy giảm nặng dẫn đến BER cao cục bộ.
4. Các biện pháp khắc phục ảnh hưởng của Fading trong OFDM 4.1. Cyclic Prefix a) Khái niệm
Cyclic Prefix (CP) là một đoạn tín hiệu được chèn vào đầu mỗi symbol OFDM, bằng cách
sao chép phần cuối của symbol đó. b) Chức năng
1. Giảm thiểu nhiễu liên ký hiệu (ISI): o Tiền tố tuần hoàn hoạt động như một bộ đệm, hấp
thụ các tín hiệu bị trễ do sự lan truyền đa đường. o Bằng cách đảm bảo các bản sao trễ
của một ký hiệu không gây nhiễu cho ký hiệu tiếp theo, ISI sẽ được loại bỏ hiệu quả. lOMoAR cPSD| 58647650
2. Bảo toàn tính trực giao của sóng mang con: o Hiệu ứng đa đường có thể phá vỡ tính trực
giao của các sóng mang phụ OFDM, dẫn đến nhiễu giữa các sóng mang (ICI).
o CP giúp duy trì tính trực giao bằng cách chuyển đổi tích chập tuyến tính của kênh
thành tích chập tròn, cho phép cân bằng miền tần số đơn giản.
3. Đơn giản hóa phép cân bằng: o CP cho phép cân bằng hiệu quả bằng cách sử dụng Biến
đổi Fourier nhanh (FFT) bằng cách đảm bảo rằng các hiệu ứng kênh xuất hiện dưới dạng
ma trận đường chéo trong miền tần số.
o Điều này làm giảm độ phức tạp của tính toán và đơn giản hóa thiết kế máy thu.
4. Xử lý độ trễ đa đường: o Bằng cách mở rộng ký hiệu OFDM với CP dài hơn độ trễ lan
truyền dự kiến của kênh, nó đảm bảo rằng phản xạ đa đường không làm méo tín hiệu gốc.
5. Cung cấp sự mạnh mẽ trong các kênh chọn lọc tần số: o CP tăng cường khả năng xử lý
hiện tượng fading chọn lọc tần số của hệ thống bằng cách duy trì tính toàn vẹn của các
sóng mang phụ trên toàn bộ băng thông của kênh. c) Cách hoạt động
o Trước khi truyền, một đoạn cuối của tín hiệu OFDM (thời gian khoảng Tg) được sao
chép và chèn vào đầu symbol. o Giả sử symbol OFDM có độ dài TTT, sau khi thêm CP,
tổng thời gian truyền là: Ttotal = T+Tg.
Tg: là khoảng thời gian bảo vệ
Ts: là chu kỳ ký hiệu dữ liệu
Điều kiện : Độ dài của CP phải ≥ độ trễ tối đa của kênh để loại bỏ ISI.
d) Ưu điểm o Biến kênh xuyên chập (convolution) thành kênh nhân tử (multiplicative) trong
miền tần số → dễ equalize hơn. o Dễ dàng xử lý bằng FFT/IFFT
e) Nhược điểm: Làm giảm hiệu suất phổ (spectral efficiency) vì một phần thời gian truyền
không mang dữ liệu mới. 4.2. Equalization
a) Khái niệm Equalization (cân bằng kênh) là quá trình xử lý tín hiệu tại phía thu nhằm bù
lại ảnh hưởng của kênh truyền đến tín hiệu OFDM. Trong môi trường truyền dẫn không dây,
tín hiệu đến được thiết bị thu thường bị biến dạng bởi các yếu tố như: •
Fading đa đường (multipath fading), •
Đáp ứng tần số không phẳng (frequency-selective fading), •
Nhiễu và trễ thời gian.
OFDM vốn có cấu trúc dễ xử lý theo miền tần số, nên việc cân bằng được thực hiện trên từng
sóng mang riêng biệt, giúp xử lý chính xác biến dạng mà tín hiệu gánh chịu khi truyền qua từng "kênh con".
b) Cơ chế hoạt động
Giả sử tín hiệu truyền đi là Xₖ, đáp ứng kênh tại sóng mang thứ k là Hₖ , và tín hiệu nhận được là Yₖ, thì: